Az egyik legfeltűnőbb dolog a Naprendszerben, hogy a Nap körül keringő összes bolygó pályája gyakorlatilag egy síkba esik, vagyis ha oldalról tekintenénk a rendszerre, csaknem teljesen laposnak látnánk. A kurrens teóriák szerint ez a formálódási körülmények eredménye. Évmilliárdokkal ezelőtt a Naprendszer anyagát adó gáz- és porfelhő elkezdett összehúzódni, majd a középpontban formálódó csillag forgó mozgása nyomán a felhőből egy sík anyagkorong keletkezett. Ennek egyszerű fizikai oka van, a centrifugális erők miatt az egyenlítői síkban levő anyag nehezebben jutott a középpont közelébe, mint a sík feletti és alatti matéria.
A Naprendszer alakulása során tehát létrejött a központi protocsillag, és körülötte egy anyagkorong, amelyben helyi sűrűsödések révén elkezdtek kialakulni a bolygók.
Amelyek a kezdeti forgás miatt szintén csillag forgásának megfelelő irányba keringenek, annak egyenlítői síkjában, ahol eredetileg összeszedték anyagukat. Ez az elrendezés számos más bolygórendszerre is igaznak látszik, az eddig felfedezett exobolygók zöme hasonlóan egységes síkú rendszerekben kering.
Bolygók a szomszédban
Azonban vannak kivételek, és közülük az egyik legérdekesebb nincs is túlságosan messze. A HD 3167 katalógusjelű csillag mindössze 150 fényévre van tőlünk, és három ismert bolygója van, amelyek közül kettő merőlegesen kering a harmadik bolygó pályájára. A HD 3167 egy K típusú csillag, vagyis egy kicsit kisebb, hűvösebb és halványabb a Napnál.
Első két bolygóját 2016-ban detektálták a fedési módszerrel, vagyis azt észlelték, hogy a csillag korongja előtt átvonuló bolygók periodikusan halványítják a központi égitest látszólagos fényét.
Az említett két bolygó közül a belső, a HD 3167b egy szuperföld: átmérője 1,7-szerese, tömege ötszöröse bolygónkénak. Ez a planéta nagyon közel kering csillagához, mindössze 0,96 földi nap alatt kerüli meg azt. Felszíni hőmérséklete vélhetően 1500 °C körül van, vagyis rendkívüli forróság uralkodik rajta. A másik bolygó, a HD 3167c egy minineptunusz: átmérője háromszorosa, tömege tízszerese a Földének. Ez az égitest havonta egyszer kerüli meg csillagát, vagyis jóval messzebb van tőle, mint a belső bolygó, de még így is igen közel helyezkedik el. Felszíni hőmérséklete valószínűleg így is meghaladja a víz forráspontját.
Nem sokkal az első két bolygó felfedezése után nyilvánvalóvá vált, hogy egy harmadik planéta is van a rendszerben. Ez a fedési módszerrel a Földről nem látható, mert nem halad át a csillag korongja előtt, de gravitációs hatása kimutatható volt a látható égitesteken. Az ismeretlen bolygó észlelhető változást okoz a csillag színképében, ide-oda tolva azt, ahogy a csillag a bolygó nyomán imbolyog, és átmenetileg távolodik, majd közeledik kicsit a földi megfigyelőkhöz. Így sikerült közvetve igazolni, hogy a rendszerben a két ismert bolygó között van egy harmadik is, a HD 3167d. Ez 8,5 naponta kerüli meg csillagát.
A harmadik bolygó felfedezése után gyorsan nyilvánvalóvá vált, hogy valami nem stimmel a pályájával, illetve, hogy a teljes rendszerben van valami furcsa.
Míg ugyanis a b jelű bolygó a csillag egyenlítői síkjában kering, a csillag forgásával egyező irányba, a másik két planéta (c és d) csaknem poláris pályán halad, vagyis pályasíkjuk szinte merőleges a csillag egyenlítői síkjára.
Csálé pályák
A frissen megjelent tanulmány pár lépéssel közelebb vihet a bizarr helyzet kialakulásának megértéséhez. A szakértők újra elemezték az adatokat, és megerősítették a poláris pályák létét, ahogy azt is, hogy a c és a d jelű bolygó pályája egymáshoz képest 2–21 fokos szöget zár be.
A kutatók a Rossiter–McLaughlin-hatást aknázták ki a rendszer vizsgálata során. Lényegében a következőről van szó: Ha oldalról nézünk egy csillagra úgy, hogy annak északi pólusa felfelé néz, és az égitest balról jobbra forog, a csillag bal oldala felénk fog forogni, míg a jobb oldala az ellenkező irányba. Ez Doppler-eltolódást vált ki a csillag fényében: az égitest bal oldaláról érkező fény enyhén rövidebb hullámhosszú lesz a valóságosnál (ezt nevezik kékeltolódásnak), míg a jobb oldalán a fény a hosszabb hullámhosszak irányába tolódik el (vöröseltolódás). Ez a teljes csillagról készült színképen úgy nyilvánul meg, hogy az egyes hullámhossztartományok (színek) határai elmosódottabbak lesznek, mivel egyszerre mutatják a teljes csillagot, annak mozgásával együtt.
Ha egy bolygó átvonul a csillag előtt, és ugyanabba az irányba halad pályáján, mint ahogy a csillag forog, vagyis balról jobbra, először a bal oldal fényét fogja kicsit kitakarni, majd a középső részt, végül a jobb oldalt. Ez a színképen úgy nyilvánul meg, hogy először a kékeltolódott fény halványul el, majd a vöröseltolódott részek. Ebből látható, hogy a bolygó prográd kering, vagyis a csillag forgásával egyező irányba halad. Ha pedig fordítva történik az elhalványulás, az azt jelenti, hogy a bolygó retrográd keringésű.
Ha a bolygó a csillag egyenlítői síkjához képest döntött pályán kering, a kékeltolódás és a vöröseltolódás halványodásának időzítése még összetettebb varianciákat mutat.
A megbízható eredményekhez nagyon aprólékos munkára és pontos mérésekre van szükség, de ezekből az adatokból megállapítható a pályasík szöge, és a keringés iránya is. Az új tanulmány szerzői pontosan ezt tették, így igazolták, hogy a b jelű bolygó prográd pályán halad, míg a másik kettő közel poláris pályán, vagyis majdnem pontosan merőlegesen az egyenlítői síkra.
Egy rejtélyes ötödik
A szerzők azzal kapcsolatban is megosztották elméletüket, hogy hogyan alakulhatott ki ez a furcsa rendszer. Véleményük szerint a három bolygó keletkezésekor a pályák még „normál” állásúak voltak, vagyis körülbelül egy síkba estek egymással és a csillag egyenlítőjével is.
A rendszerben azonban valószínűleg van egy ötödik objektum is, egy távolabb keringő, nagy tömegű bolygó vagy egy apró csillag.
A c és d jelű bolygó valószínűleg ennek az elnyújtott és vélhetően szintén enyhén döntött pályán keringő égitestnek a gravitációja miatt váltott pályát, drasztikusan megváltoztatva csillag körüli útjukat. A b jelű bolygó pedig vélhetően azért maradt eredeti pályáján, mert túl kicsi tömegű és túl közel van a csillaghoz ahhoz, hogy a távoli égitest érdemben hatni tudjon rá.
Valószínűleg más „rendellenes” rendszerekben is hasonló okok vezettek a retrográd és poláris pályák kialakulásához. A WASP-79b szintén jó példa erre, de ismerünk kettőscsillagok körül is hasonló bolygókat. Ami a HD 3167-et illeti, a nagy kérdés most az, hogyan lehetne megtalálni az ismeretlen gravitációs tényezőt. Ha nem vonul át csillaga előtt a Föld felől nézve, ez csaknem lehetetlen a jelenlegi technológiákkal, mivel ahhoz valószínűleg túl messze van, hogy például a csillagára kifejtett gravitációs hatása alapján detektálják. Legalábbis egyelőre, de a csillagászat folyamatosan fejlődik, így lehetséges, hogy pár éven belül már ez is megoldható lesz, vagy találnak a szakértők más módot a megtalálására.
